JP2022191392A - 光学系の結像品質を検出する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の結像品質を検出する装置、ならびに従来技術に関して強化される光学系の結像品質を検出する方法を提示すること【解決手段】装置は、光学系４の視野内の複数のフィールド点における変調伝達関数を測定するＭＴＦ測定装置１０であって、複数のオフアクシスＭＴＦ測定を行うように構成されるＭＴＦ測定装置１０ａ，１０ｂと、オンアクシスに配置される光学系４の中心調整した状態を測定するセンタリング測定装置１８とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つのレンズまたはレンズ群を有する光学系の結像品質を検出する装置に関する。さらに、本発明は、そのような装置を用いて、少なくとも１つのレンズまたはレンズ群を備える光学系の結像品質を検出する方法に関する。

高品質マルチレンズ光学系の生産において、個々のレンズは、互いに対して非常に精密に位置合わせされなければならない。またカメラ・モジュールの生産においても、光学素子を互いに対してかつ画像センサに関して正しく位置合わせし、中心調整することが必要である（例えば、特許文献１参照。）。

光学系においてレンズを正しく位置合わせするために、測定によって光学面の位置を確立することが必要である。この文脈において、光学面の曲率中心の位置は、重要なパラメータである。理想的な状況では、マルチレンズ系において、個々の光学面の曲率中心は、レンズを収容しているレンズ・マウントの対称軸と一致する共通の基準軸上に精密に位置する。しかしながら、現実の光学系では、この状態は、生産および据え付けのばらつきに起因して達成されないこともある。曲率中心は、基準軸の周辺で統計的に分布している。曲率中心と基準軸との間の距離が大きすぎると、光学系の光学的特性が低下するので望ましくない。

特許文献２から、マルチレンズ光学系の光学面の曲率中心の位置を測定する方法が知られている。光角測定デバイスを用いて、光学面の面法線と回転軸との間の角度、またはオフセットが、１つの測定点で検出される。次いで、角度測定デバイスをこの回転軸の周りで回転させ、角度測定を繰り返す。
しかしながら、光学系のセンタリングは、光学系の品質を特徴付ける１つの特徴にすぎない。特に、大量生産のためには、それを用いてレンズまたはレンズ群のセンタリングを検査または検出することができ、光学系の結像性能をさらに特徴付けることができる光学系が望ましい。

米国特許出願公開第２０１６／０３３４６００号明細書 独国特許出願公開第１０２０１４００１１５１号明細書 欧州特許出願公開第３０３７８００号明細書

本発明の目的は、光学系の結像品質を検出する装置、ならびに従来技術に関して強化される光学系の結像品質を検出する方法を提示することである。

本目的は、少なくとも１つのレンズまたはレンズ群を有する光学系の結像品質を検出する装置によって解決される。本装置は、光学系の視野内の複数のフィールド点における変調伝達関数を測定するＭＴＦ測定装置であって、複数のオフアクシスＭＴＦ測定を行うように構成されるＭＴＦ測定装置と、オンアクシスに配置される光学系の中心調整した状態を測定するセンタリング測定装置とを用いてさらに展開される。

レンズ群は、例えば対物レンズなどの光学系を一緒に形成する複数の個々のレンズである。同様に、レンズ群は、色収差補正レンズなどの複数のレンズから構成されるレンズとすることができる。

有利には、光学系の結像性能ならびにセンタリングの両方は、１つまたは複数の、さらには同時に行われるＭＴＦ測定によって、特に同時に本発明による装置を用いて測定されることとしてもよい。特に、センタリング測定装置の測定結果に基づく大まかな調整に基づいて結像性能を最適化するために、その後の微調整を行うことを可能にする。さらに、ＭＴＦ測定装置およびセンタリング測定装置の組み合わせは、光学系の複数のパラメータが、迅速かつ効率的に検出できるので、大量生産に特に適している。

光学系の視野内の複数のフィールド点におけるＭＴＦ測定は、例えばＭＴＦ分析の文脈において空間的に広がったテスト・パターンを評価することによって実行される。

一実施形態によると、本装置は、有利には、少なくとも１つのレンズまたはレンズ群を能動的に中心調整するセンタリング装置によってさらに展開される。

本明細書の文脈において「オフアクシス」とは、関連ユニットが、光学系の視野内に位置するが、光学系の対称軸またはセンタリング軸上に配置されない場合の関連ユニットの配置であると理解される。「オンアクシス」は、関連ユニットが、光学系の視野内に、かつ少なくとも近似的に対称軸またはセンタリング軸上に配置される場合の配置であると理解される。

ＭＴＦ測定装置およびセンタリング測定装置は、例えば共通のドーム上に配置される。

ＭＴＦ測定は、オフアクシスに配置されたＭＴＦ測定装置の助けにより、光学系の視野内の様々なフィールド点において実行することができる。ＭＴＦ測定装置は、容易にオフアクシスに配置することができる。しかし、センタリング測定装置は、オンアクシスに配置されると有利である。オフアクシスに配置されるＭＴＦ測定装置およびオンアクシスに配置されているセンタリング測定装置の組み合わせによって、特に小型の装置を提供することができる。

光学系の結像品質を検出する装置は、さらに有利には、センタリング測定装置がオートコリメータを備え、反射において光学系の少なくとも１つの光学面の曲率中心を測定するように構成されるという点においてさらに展開される。

光学系のレンズなどの少なくとも１つの光学素子の光学面の曲率中心の位置を使用することによって、光学系の中心調整した状態が推測可能である。この点におけるさらなる詳細は、例えば同じ出願人による特許文献２において見出すことができる。

そのような装置は、例えば下記の特徴ａ）からｆ）の１つまたは複数によってさらに展開される。

ａ）本装置はまた、回転可能なシートも備え、このシートを用いて光学系は、センタリング軸の周りを回転可能である。

ｂ）オートコリメータは、回転可能に設計されている。例えば、オートコリメータは、全体としてその対称軸の周りで回転可能にホルダ内に設置される。

用途により、必要に応じて、光学系を回転可能に収容するか、またはオートコリメータを回転可能に設計することもまた、有利でありえる。

ｃ）オートコリメータは、焦点をシフトさせることができる焦点調節光学系を含む。

回転軸の代わりに、焦点調節がそれに沿って達成される代替基準として、光学軸を使用することもできる。この場合、範囲は検出器上で評価されないが、代わりに絶対位置が比較される。焦点調節は、例えば線形軸に沿って移動することによって実現することができる。

ｄ）オートコリメータは、焦点調節光学系を備え、この焦点調節光学系、またはその各部は、そのセンタリング軸の周りで回転可能である。

オートコリメータ全体としての回転と比較して、オートコリメータの焦点調節光学系の回転は単純化される。

ｅ）オートコリメータと光学系との間のビーム経路内に、反転反射プリズム、特にドーブ・プリズムが配置され、このプリズムは、センタリング軸の周りを回転可能である。

オートコリメータ全体としての回転の代わりに、またはそれに加えて、もしくはオートコリメータの焦点調節光学系の回転のために、反転反射プリズムを設けることができる。用途に応じて、必要とされる手段の最適な組み合わせをとることができる。

ｆ）オートコリメータは、光学系の複数の光学面の曲率中心を同時に測定するように構成される。

結像光学系の２つ以上の光学面の複数の曲率中心を同時に検出することによって、特に迅速な測定を行うことができる。この点におけるさらなる技術的詳細は、例えば同じ出願人による特許文献３に記載されている。

前述の特徴ａ）からｆ）はそれぞれ、それ自体によって個別に実現可能である。特徴ａ）からｆ）に記載された技術的手段を、互いに組み合わせることも可能である。

前述の実施形態はすべて、反射で行われる測定によるそのセンタリングに関する光学系の特徴付けに関連している。

さらに有利な実施形態によれば、本装置は、透過時にセンタリング測定装置を実行するように構成されている。

例えば、本装置は、画像センサが、光学系の画像平面内に配置され、画像センサを読み出すように構成される処理ユニットが備えられ、ＭＴＦ測定装置が、それぞれにテスト・パターンが存在する少なくとも１つのグラチクルを備え、光学系が、この少なくとも１つのテスト・パターンを画像センサ上に結像し、処理ユニットが、変調伝達関数を決定するために光学系の画像センサからの関連する画像データを評価するように構成されるという点においてさらに展開される。

例えば、画像センサは、光学系の一部である。光学系はまた、例えばカメラ・モジュールがある。

そのような装置は、カメラ・モジュールの大量のテストに特に適している。有利には、光学的品質を特徴付けるためのＭＴＦ測定と、センタリング測定の両方が、例えば同時に実行されてもよい。任意選択的に、センタリング測定の測定値に基づいて、光学系の画像品質を改善／最適化するために光学系の追加の調整／センタリングが行われてもよい。

別の有利な実施形態によると、本装置は、テスト・パターンが上にあるグラチクルが、光学系の画像平面内に配置されるようにさらに展開される。光学系は、テスト・パターンを結像する。ＭＴＦ測定装置は、光学系の変調伝達関数を測定するためにテスト・パターンの画像を評価するように構成される。

有利には、テスト・パターンは、ＭＴＦ測定とセンタリング測定の両方に使用される。これにより、装置の設計が簡略化する。

光学系の結像品質を検出する装置は、例えば、グラチクルが、光学系の画像平面内に点光源を構成するピンホール開口を備えるという点においてもさらに展開される。この目的を達成するために、例えば対応する照明が、グラチクルまたはピンホール開口の後ろに提供される。この目的を達成するために、ピンホール開口は、所望の点光源を生成するために、光学系が焦点を合わせるための例えば凹部を有する。均等照明がグラチクルの平面内に所望の点光源を提供するように、ピンホール開口をそれに応じて小さく選択することも可能である。センタリング測定装置は、光学系から点光源の画像の波面を検出するように構成される波面センサを備える。

波面センサは、例えばシャック－ハルトマン型センサである。

別の実施形態によると、センタリング測定装置は、画像センサを備え、光学系は、テスト・パターンを画像センサ上に直接結像し、センタリング測定装置は、テスト・パターンの画像の位置を使用して光学系のセンタリング状態、特に光学面の曲率中心を評価するように構成される。

特に、画像センサに、長焦点レンズ（望遠レンズ）を設け、センタリング測定を行うことが可能である。この場合、対物レンズの長焦点距離は、センタリング測定のためのレバーとしての役割を果たし、光学系を、無限に収束させることができる。

この実施形態は特に、センタリング軸の周りで光学系を回転させるように構成される、回転可能な追加のシートが、備えられるという点においてさらに展開される。

グラチクルが、ＭＴＦ測定のためのテスト・パターンと、センタリング測定のための点光源を提供する実施形態では、特にグラチクル上のテスト・パターンおよびグラチクル内のピンホール開口は、必要に応じて、逐次的に切り替え可能であるように設計される異なる光源を用いて照射される。これは、例えば干渉のない波面の測定を可能にする。

別の実施形態によると、画像センサまたはグラチクルは、光学系の光学軸に沿って移動可能に設置される。例えば、検出器を光学軸に沿って移動せることによって、センタリング測定のためのレバーを増減することができる。検出器上に焦点スポットを生成することもまた、可能である。

別の実施形態によると、本装置は、センタリング測定装置が、第１のステップにおいて、光学系の第１の光学素子の第１の中心調整した状態、特に第１の光学面の第１の曲率中心を測定し、必要に応じて、この第１の中心調整した状態についてのデータに基づいて第１の光学素子を能動的に中心調整するように構成され、センタリング測定装置がさらに、次いで光学系の第２の光学素子の第２の中心調整した状態、特に第２の光学面の第２の曲率中心を測定し、次いで第１の中心調整した状態についてのデータおよび／または第２の中心調整した状態についてのデータに基づいて、第１および第２の光学素子を互いに対して能動的に中心調整するように構成され、さらに特に第２の光学素子の機械送りをさらに備え、第１の光学素子の中心調整した状態の検出後に、機械送りにより第２の光学素子が、光学系に追加可能であるという点においてさらに展開される。

そのような装置は、マルチレンズ光学系のセンタリングを自動的に行うのに特に適している。

本目的はその上、前述の実施形態の１つまたは複数による装置を用いて、少なくとも１つのレンズまたはレンズ群を備える光学系の結像品質を検出する方法によって達成される。
装置は、光学系の撮像視野内の複数のフィールド点における変調伝達関数を測定するＭＴＦ測定装置であって、オフアクシスＭＴＦ測定を行うように構成されるＭＴＦ測定装置と、光学系の中心調整した状態を測定するための、オンアクシスに配置されるセンタリング測定装置であって、光学系の少なくとも１つの光学面の曲率中心を反射において測定するように構成されたオートコリメータを備えるセンタリング測定装置と、を備える。
本方法は、
－ センタリング測定装置により光学系の中心調整した状態が決定され、
－ 中心調整した状態についてのデータに基づいて光学系が中心調整され、次いで
－ ＭＴＦ測定装置により、光学系の視野内の複数のフィールド点において光学系の変調伝達関数が測定され、
センタリング・プロセスの後に、（ｉ）光学系の変調伝達関数が、ＭＴＦ測定装置を用いて決定され、（ｉｉ）次いで光学素子の位置が変えられ、次いで光学系の変調伝達関数が、ＭＴＦ測定装置を用いて再び決定され、（ｉ）のステップおよび（ｉｉ）のステップが、変調伝達関数が、極大値を呈するまで、反復して繰り返されるという点においてさらに展開される。

そのような方法により、センタリング測定の結果に基づいて光学系の光学的結像品質を改善する／最適化することが可能である。ＭＴＦ測定のその後の実効は、例えば品質保証の文脈において、光学系の光学的結像品質を定量化することを可能にする。

なお、光学系の結像品質を検出する装置に関しては、既に説明したのと同様の利点が本方法に当てはまるので、繰り返しは省略される。

有利な実施形態によると、本方法は、第１のステップにおいて、光学系の第１の光学素子の第１の中心調整した状態、特に第１の光学面の第１の曲率中心が、センタリング測定装置を用いて測定され、必要に応じて、第１の光学素子が、この第１の中心調整した状態についてのデータに基づいて中心調整され、次いで光学系の第２の光学素子の第２の中心調整した状態、特に第２の光学面の第２の曲率中心が、センタリング測定装置を用いて測定され、次いで第１の中心調整した状態についてのデータおよび／または第２の中心調整した状態についてのデータに基づいて、第１および第２の光学素子が、互いに対して中心調整されるという点においてさらに展開される。

必要に応じて、第２の光学素子は、第１の光学素子の中心調整した状態の検出後に光学系に追加される。

従って、センタリングは必ずしも測定系のセンタリング軸に対して実行されるとは限らず、むしろレンズが互いに中心調整されるように実行される。

中心調整した状態は、例えば光学系の少なくとも１つの光学素子の光学面の少なくとも１つの曲率中心を確認することによって検出される。この場合、センタリング軸からの曲率中心のずれは、センタリングの品質を定量化する。

この方法により、センタリングに関して生産プロセス中に光学系が検査され、最適化されるので、例えば非常に高い品質の光学系を生産することができる。

本方法の有利なさらなる展開によると、光学系の画像平面の傾きは、光学系の複数のフィールド点においてＭＴＦ測定装置を用いて確認される変調伝達関数についてのデータに基づいて決定され、光学系は、画像平面が、センタリング軸に少なくとも略垂直に配向するように、光学系の画像平面の傾きについてのデータに基づいて位置合わせされ、光学系の少なくとも１つの光学面の少なくとも１つの曲率中心は、次いで再びセンタリング測定装置を用いて測定され、光学系は、このデータに基づいて中心調整される。

言い換えれば、反復法では、ＭＴＦ測定を用いて画像平面の傾きを決定する。光学系を傾けて直進像面を得た後、センタリング・プロセスが、繰り返される。

別の有利な実施形態によると、本方法は、（ｉ）光学系の変調伝達関数が、ＭＴＦ測定装置を用いて決定され、（ｉｉ）次いで光学素子の位置が、わずかに、特に確率的に変えられ、次いで光学系の変調伝達関数が、ＭＴＦ測定装置を用いて再び決定され、ステップ（ｉ）および（ｉｉ）が、変調伝達関数が極大値を呈するまで反復して繰り返されるという点において展開される。

言い換えれば、光学系のレンズ位置は、最良のＭＴＦ結果が得られる位置を見出すために、わずかに変更される。

本発明のさらなる特徴は、請求項および含まれる図面と一緒に本発明による実施形態の記述から明らかになるであろう。本発明による実施形態は、個々の特徴またはいくつかの特徴の組み合わせをかなえることができる。

本発明は、本発明の一般的アイデアを制限することなく、図面を参照して例となる実施形態に基づいて以下に述べられ、その場合我々は、本文においてより詳細には説明されない本発明によるすべての詳細に関して図面に明確に記載する。

簡略化された概略側面図における光学系の結像品質を検出する装置を示す図である。 画像センサを備える光学系の結像品質を検出する別の装置を示す図である。 レンズ群のレンズのセンタリングが、行われる、レンズ群を備える光学系の結像品質を検出する方法の個々の例となる方法ステップの表現を示す図である。 レンズ群のレンズのセンタリングが、行われる、レンズ群を備える光学系の結像品質を検出する方法の個々の例となる方法ステップの表現を示す図である。

図面において、同じまたは同様の種類の要素および／または部分は、再導入が省略されるように、同じ参照番号を提供される。

図１は、光学系４の結像品質を検出する装置２の模式的に簡略化された側面図を示す。例えば、装置２は、複数の光学系４をそれらの結像品質に関してテストしかつ／または最適化するように構成されているが、明確化のため、この光学系のうちのわずかな参照符号しか示されていない。光学系４は、例えば単一の光学素子、すなわちレンズ６をさらに備える。図１に示される装置２は、例えば光学系４の大量のテストのためにのみ提供される。この目的のために、カメラ対物レンズなどの光学系４は、矢印で示されるように、平面上で移動可能なキャリア８上に設置される。これにより、個々の光学系４は、迅速に連続して検査することができる。

装置２は、例えばオフアクシスに配置された２つの測定装置１０ａおよび１０ｂを備えるＭＴＦ測定装置１０を備える。ＭＴＦ測定装置１０は、光学系４の視野内の複数のフィールド点における変調伝達関数を検出するように構成される。光学系４の視野内の異なるフィールド点における変調伝達関数の測定は、個々のＭＴＦ測定装置１０ａ、１０ｂのオフアクシス配置によりすでに可能である。さらに、拡大されたテスト・パターンは、描写される十字の配置などのテスト・パターン１２として使用される。これはまた、変調伝達関数が光学系４の視野内の複数の異なるフィールド点において検出されるという事実にもつながる。テスト・パターン１２は、グラチクル１４上に位置し、テスト・パターン１２は例えば、グラチクル１４の中にエッチングされる。グラチクル１４は、ランプなどの光源１６を用いて照射されてもよい。グラチクル１４は、光学系４の画像平面Ｂ内に配置される。従って、参照符号２４を用いて識別される距離は、光学系４の背面焦点距離である。ＭＴＦ測定装置１０は、複数のオフアクシスＭＴＦ測定を行うように構成される。

装置２はまた、例えばオンアクシスに配置されるセンタリング測定装置１８も備える。これは、センタリング測定装置１８が、光学系４の所望のセンタリング軸に対応する軸Ａ上に少なくともほぼ配置されることを意味する。例えば、より良い視覚化のために高度に誇張された、個々の光学系４の異なる中心調整した状態が描写されている。明らかに、それらの光学軸は、所望のセンタリング軸Ａとまだ一致していない。センタリング測定装置１８は、光学系４の中心調整した状態を測定するためのものである。

装置２の助けを借りて、光学系４の結像品質を特徴付けるための変調伝達関数と光学系４の中心調整した状態とを有利に識別することができる。光学系４の結像品質は、２つの測定方法および例えば好ましくは同時にまたは連続して検出される測定量によって特徴付けられてもよい。このために、図１に示されるような装置２は、光学系４の大量のテストに特に適している。

しばしばそのような大量のテストを受ける光学系４は、例えばカメラ・モジュールであり、それに対応して、光学系４は、例えばカメラ・モジュールである。

２つのＭＴＦ測定装置１０ａ、１０ｂおよびセンタリング測定装置１８は、例えば、図１に図示されない共通のドーム上に配置される。この配置により、特に、小型の装置２が提供される。

図１は、グラチクル１４が、光学系４の画像平面Ｂ内に配置された光学系４の結像品質を検出する装置２を示す。テスト・パターン１２は、このグラチクル１４上に存在する。テスト・パターン１２は、例として描写される十字から成る。さらに、グラチクル１４は、ピンホール開口３０を備える。グラチクル１４は、光源１６により照射されるので、ピンホール開口３０は画像平面Ｂ内に点光源を形成する。光学系４は、点光源を例えば無限遠に結像し、その場合生じる波面は、シャック－ハルトマン型センサなどの波面センサ３２によって検出される。波面センサは、ピンホール開口３０によって画像平面Ｂ内に形成される点光源の光学系４による結像の波面を検出するのに役立つ。

あるいは、特にセンタリング測定装置１８は、画像センサ（図示せず）を含み、光学系４は、テスト・パターン１２をこの画像センサ上に直接結像する。これに関連して、例えば、装置２は、光学系４をセンタリング軸Ａの周りで回転させるように構成されるさらなる回転可能なシートを備える。

さらに、別の例となる実施形態によると、画像センサおよび／またはグラチクル１４は、光学系４の光学軸Ａに沿って移動可能に設置される。この目的のために、適切な可動ホルダが提供される。

図１に示される光学系４の結像品質を検出する装置２は、透過光において機能する。同様に、センタリング測定装置１８は、反射において機能するように構成される。光学系４の中心調整した状態を特徴付けるために、例えば、光学系４の光学面の曲率中心が測定される。例えば、レンズ６の、センタリング測定装置１８に面している側の曲率中心が決定される。センタリング軸Ａからのこの曲率中心のずれは、光学系４の中心調整した状態についての値を示す。

そのような装置２を用いると、例えば全センタリング測定装置１８は、センタリング軸Ａの周りで回転可能である。このため、センタリング測定装置１８は、回転可能なシート内に設置される。同様に、そのようなセンタリング測定装置１８は、オートコリメータ２０を備え、このオートコリメータ２０は、回転可能に設計される。オートコリメータ２０は、例えば全体としてセンタリング軸Ａの周りに回転可能である。さらに、オートコリメータ２０は、焦点調節光学系２２を備え、この焦点調節光学系２２またはその各部は、所望のセンタリング軸Ａ周りに回転可能である。

図２は、例えばレンズ６を備える光学系４の結像品質を検出する別のそのような装置２を示す。光学系４は、画像センサ２６を備え、例えば、光学系４は、カメラ・モジュールである。画像センサ２６は、光学系４の画像平面Ｂ内に配置される。装置２はさらに、画像センサ２６を読み出すように構成される、コンピュータなどの処理ユニット２８を備える。例えば２つのＭＴＦ測定装置１０ａおよび１０ｂから成るＭＴＦ測定装置１０は、少なくとも１つのグラチクル１４を備える。ＭＴＦ測定装置１０ａは、グラチクル１４ａを備え、ＭＴＦ測定装置１０ｂは、別のグラチクル１４ｂを備え、その上にテスト・パターン１２がそれぞれ存在する。グラチクル１４ａ、１４ｂ上のテスト・パターン１２は、それぞれ適切な光源１６ａ、１６ｂによって照射され、レンズ６によって光学系４の画像センサ２６上に結像される。処理ユニット２８は、画像センサ２６によって検出されるグラチクル１４ａ、１４ｂからの画像の画像データからレンズ６の視野内の異なるフィールド点におけるレンズ６の変調伝達関数を計算するように構成される。

さらに、図２に示されるビーム経路内において、オートコリメータ２０と光学系４との間には、ドーブ・プリズムなどの反転反射プリズムが配置される。このプリズムは、例えばセンタリング軸Ａの周りに回転することができる。また、例えば、オートコリメータ２０は、光学系４の複数の光学面の複数の曲率中心を同時に決定するように構成される。これは、複数のレンズ６などの複数の光学素子から作られる光学系４にとって関係する。そのような装置２では、例えば、複数のオートコリメータが、隣同士に配置され、その場合それらのビーム経路は、対応するビーム分割器によって互いと結合される。

前述の例となる実施形態の１つまたは複数による装置２はその上、光学系４の結像品質を検出する方法において使用される。そのような方法を用いると、光学系４のセンタリング状態は、センタリング測定装置１８により決定される。次いで、光学系４のセンタリング状態についてのデータに基づいて、光学系４は、中心調整される。例えば、光学系４のレンズ６などの少なくとも１つの光学素子の少なくとも１つの光学面の曲率中心の位置についてのデータが、決定される。センタリング軸Ａからの曲率中心のずれに基づいて、光学系４の中心調整した状態が推測される。次いで、ＭＴＦ測定装置１０により、光学系４の視野内の複数のフィールド点において光学系４の変調伝達関数が実行される。

図３ａおよび図３ｂは、例えばそのような方法の２つの個々の方法ステップを示す。光学系４は、例えば第１の光学素子３６および第２の光学素子４０を備える。光学素子３６、４０は、例えば第１のレンズ６ａおよび第２のレンズ６ｂである。第１の光学素子３６は、第１の光学面３４を備え、第２の光学素子４０は、第２の光学面４２を備える。例えば、２つのレンズ６ａ、６ｂの互いに対するセンタリングは、描写される図を参照して説明されることになる。

第１のステップにおいて、第１の光学素子３６の第１のセンタリング状態が、センタリング測定装置１８により検出される。これは、例えば第１の光学面３４の第１の曲率中心の位置によって特徴付けられる。第１の光学素子３６の光学軸３８の位置は、例えばこの曲率中心の位置から推測することができる。センタリング軸Ａからの光学軸３８のずれなどの、このデータに基づいて、第１の光学素子３６のセンタリングが、二重矢印を用いて図３ａに示されるように行われる。したがって、センタリング軸Ａに関するセンタリングが実行される。

次いで、センタリング測定装置１８により、第２の光学素子４０の第２のセンタリング状態が確認される。この場合もやはり、第２の光学素子４０の中心調整した状態は、例えば第２の光学面４２の曲率中心の位置に基づいて推測することができる。センタリング軸Ａからのこの第２の曲率中心のずれを参照して、第１および第２の光学素子３６、４０が、図３ｂに示される二重矢印によって互いに対して中心調整される。

別の例となる実施形態によると、光学系４の画像平面Ｂの傾きが、光学系４の複数のフィールド点においてＭＴＦ測定装置１０によって確認された変調伝達関数のデータに基づいて推測される。光学系４の画像平面Ｂの傾きについてのデータに基づいて、光学系４のレンズ６ａ、６ｂなどの光学系４の光学素子は、画像平面Ｂが、センタリング軸Ａに少なくとも近似的に垂直に向きを合わせられるように位置合わせされる。次いで、例えば、少なくとも１つの光学素子の少なくとも１つの中心調整した状態が、再びセンタリング測定装置１８によって測定され、光学系４は、このデータに基づいて中心調整される。

別の例となる実施形態によると、光学系４の変調伝達関数は、第１のステップにおけるセンタリング・プロセスの後にＭＴＦ測定装置１０によって決定される。次いで第２のステップにおいて、レンズ６ａ、６ｂの位置などの光学素子の位置が、わずかに、特に確率的に変化する。次いで光学系４の変調伝達関数が、ＭＴＦ測定装置１０によって再び決定される。第１のステップおよび第２のステップは、変調伝達関数が、極大値を呈するまで反復して繰り返されるので、光学系４の光学的結像性能が最適化される。

他の特徴と組み合わせて開示される、図面だけから取られる特徴および個々の特徴を含む、すべての名付けられた特徴は、単独でかつ組み合わせて本発明にとって不可欠であると考えられる。本発明による実施形態は、個々の特徴またはいくつかの特徴の組み合わせを通じてかなえられてもよい。本発明の文脈において、「特に」または「好ましくは」を用いて指定される特徴は、オプションの特徴と理解されるべきである。

２ 装置
４ 光学系
６ レンズ
８ キャリア
１０、１０ａ、１０ｂ ＭＴＦ測定装置
１２ テスト・パターン
１４、１４ａ、１４ｂ グラチクル
１６、１６ａ、１６ｂ 光源
１８ センタリング測定装置
２０ オートコリメータ
２２ 焦点調節光学系
２４ 画像距離
２６ 画像センサ
２８ 処理ユニット
３０ ピンホール開口
３２ 波面センサ
３４ 第１の光学面
３６ 第１の光学素子
３８ 第１の光学軸
４０ 第２の光学素子
４２ 第２の光学面
Ａ センタリング軸
Ｂ 画像平面

本目的は、少なくとも１つのレンズまたはレンズ群を有する光学系の結像品質を検出する装置によって解決される。本装置は、光学系の視野内の複数のフィールド点における変調伝達関数を測定するＭＴＦ測定装置であって、複数のオフアクシスＭＴＦ測定を行うように構成されるＭＴＦ測定装置と、少なくとも１つのレンズまたはレンズ群を中心調整し、光学系の中心調整した状態を測定するための、オンアクシスに配置されるセンタリング測定装置であって、第１のステップにおいて、光学系の第１の光学素子の第１の光学面の第１の曲率中心の第１の中心調整した状態を測定し、この第１の中心調整した状態についてのデータに基づいて第１の光学素子を中心調整するように構成されるセンタリング測定装置とを備え、センタリング測定装置はさらに、次いで第１の光学素子の中心調整した状態の検出後に光学系に追加される第２の光学素子の第２の光学面の第２の曲率中心の第２の中心調整した状態を測定し、次いで第１の中心調整した状態についてのデータおよび／または第２の中心調整した状態についてのデータに基づいて、光学系のセンタリング軸に垂直な変位によって前記第１および第２の光学素子を互いに対して中心調整するように構成され、センタリング測定装置が、光学系の少なくとも１つの光学面の曲率中心を反射において測定するように構成されたオートコリメータを備える。

Claims (13)

1. 少なくとも１つのレンズ（６）またはレンズ群を有する光学系（４）の結像品質を検出する装置（２）であって、
   前記光学系（４）の撮像視野内の複数のフィールド点における変調伝達関数を測定するＭＴＦ測定装置（１０）であって、オフアクシスＭＴＦ測定を行うように構成されるＭＴＦ測定装置（１０ａ、１０ｂ）と、
   前記光学系（４）の中心調整した状態を測定するための、オンアクシスに配置されるセンタリング測定装置（１８）と、を備える、装置（２）。
2. 少なくとも１つの前記レンズ（６）または前記レンズ群を能動的に中心調整するセンタリング測定装置をさらに備える、請求項１に記載の装置（２）。
3. 前記センタリング測定装置（１８）は、前記光学系（４）の少なくとも１つの光学面の曲率中心を反射において測定するように構成されたオートコリメータ（２０）を備え、
   ａ）回転可能なシートもまた備えられ、該回転可能なシートにより前記光学系（４）は、センタリング軸（Ａ）周りで回転可能であり、かつ／または
   ｂ）前記オートコリメータ（２０）が、ホルダ内に回転可能に設置され、前記オートコリメータ（２０）は、全体としてセンタリング軸（Ａ）周りで回転可能であり、かつ／または
   ｃ）前記オートコリメータ（２０）は、焦点をシフトさせることができる焦点調節光学系（２２）を備え、かつ／または
   ｄ）前記オートコリメータ（２０）は、焦点調節光学系（２２）を備え、この焦点調節光学系（２２）、または焦点調節光学系（２２）の各部は、センタリング軸（Ａ）周りで回転可能であり、かつ／または
   ｅ）前記オートコリメータ（２０）と前記光学系（４）との間のビーム経路内に反転反射プリズムが配置され、このプリズムは、センタリング軸（Ａ）周りで回転可能であり、かつ／または
   ｆ）前記オートコリメータ（２０）は、前記光学系（４）の複数の光学面の前記曲率中心を同時に測定するように構成される、請求項１または２に記載の装置（２）。
4. 画像センサ（２６）が、前記光学系（４）の画像平面（Ｂ）内に配置され、
   前記画像センサ（２６）を読み出すように構成される処理ユニット（２８）が、備えられ、
   前記ＭＴＦ測定装置（１０ａ、１０ｂ）は、少なくとも１つのグラチクル（１４ａ、１４ｂ）を備え、その各々にテスト・パターン（１２）が、存在し、
   前記光学系（４）は、少なくとも１つの前記テスト・パターン（１２）を前記画像センサ（２６）上に結像させ、
   前記処理ユニット（２８）は、前記変調伝達関数を決定するために前記光学系（４）の前記画像センサ（２６）からの関連する画像データを評価するように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（２）。
5. テスト・パターン（１２）が配置されたグラチクル（１４）が、前記光学系（４）の画像平面（Ｂ）内に配置され、
   前記光学系（４）は、前記テスト・パターン（１２）を結像し、前記ＭＴＦ測定装置（１０）は、前記光学系（４）の前記変調伝達関数を測定するために前記テスト・パターン（１２）の画像を評価するように構成される、請求項１または２に記載の装置（２）。
6. 前記グラチクル（１４）は、前記光学系（４）の前記画像平面（Ｂ）内に点光源を構成するピンホール開口（３０）を備え、
   前記センタリング測定装置（１８）は、前記光学系（４）からの前記点光源の画像の波面を検出するように構成される波面センサ（３２）を備える、請求項５に記載の装置（２）。
7. 前記センタリング測定装置（１８）は、画像センサを備え、前記光学系（４）は、前記テスト・パターン（１２）を前記画像センサ上に直接結像し、前記センタリング測定装置（１８）は、前記テスト・パターン（１２）の前記画像を使用して前記光学系（４）の中心調整した状態を評価するように構成され、
   前記光学系（４）をセンタリング軸（Ａ）の周りで回転させるように構成される、回転可能な追加のシートが、備えられる、請求項５に記載の装置（２）。
8. 前記画像センサまたは前記グラチクル（１４）は、前記光学系（４）の光学軸に沿って移動可能に設置される、請求項７に記載の装置（２）。
9. 前記センタリング測定装置（１８）は、第１のステップにおいて、前記光学系（４）の第１の光学素子（３６）の第１の中心調整した状態、特に第１の光学面（３４）の第１の曲率中心を測定し、この第１の中心調整した状態についてのデータに基づいて前記第１の光学素子（３６）を能動的に中心調整するように構成され、
   前記センタリング測定装置（１８）はさらに、次いで前記光学系（４）の第２の光学素子（４０）の第２の中心調整した状態、特に第２の光学面（４２）の第２の曲率中心を測定し、次いで前記第１の中心調整した状態についての前記データおよび／または前記第２の中心調整した状態についてのデータに基づいて、前記第１および第２の光学素子（３６、４０）を互いに対して能動的に中心調整するように構成され、
   さらに、前記第２の光学素子（４０）の機械送りをさらに備え、前記第１の光学素子（３６）の前記中心調整した状態の検出後に、前記機械送りにより前記第２の光学素子（４０）は、前記光学系（４）に追加される、請求項２から８の一項に記載の装置（２）。
10. 請求項１から８の一項に記載の装置（２）を用いて少なくとも１つのレンズ（６）またはレンズ群を備える光学系（４）の結像品質を検出する方法であって、
    前記センタリング測定装置（１８）により前記光学系（４）の中心調整した状態が決定され、
    前記中心調整した状態についてのデータに基づいて前記光学系（４）が中心調整され、次いで
    前記ＭＴＦ測定装置（１０）により、前記光学系（４）の視野内の複数のフィールド点において、前記光学系（４）の変調伝達関数が測定される、方法。
11. 第１のステップにおいて、前記光学系（４）の第１の光学素子（３６）の第１の中心調整した状態、特に第１の光学面（３４）の第１の曲率中心が、前記センタリング測定装置（１８）を用いて測定され、前記第１の光学素子（３６）は、前記第１の中心調整した状態についてのデータに基づいて中心調整され、次いで前記光学系（４）の第２の光学素子（４０）の第２の中心調整した状態、特に第２の光学面（４２）の第２の曲率中心が、前記センタリング測定装置（１８）を用いて測定され、次いで前記第１の中心調整した状態についての前記データおよび／または前記第２の中心調整した状態についてのデータに基づいて、前記第１および第２の光学素子（３６、４０）は、互いに対して中心調整され、
    さらに前記第２の光学素子（４０）は、前記第１の光学素子（３６）の前記中心調整した状態の検出後に前記光学系（４）に追加される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記光学系（４）の画像平面（Ｂ）の傾きが、前記光学系（４）の複数のフィールド点において前記ＭＴＦ測定装置（１０）を用いて確認された前記変調伝達関数のデータに基づいて決定され、
    前記光学系（４）は、前記画像平面（Ｂ）が、センタリング軸（Ａ）に少なくとも略垂直に配向するように、前記光学系（４）の前記画像平面（Ｂ）の前記傾きについてのデータに基づいて位置合わせされ、
    前記光学系（４）の少なくとも１つの中心調整した状態、特に少なくとも１つの光学面（３４、４２）の曲率中心が、次いで前記センタリング測定装置（１８）を用いて再び測定され、前記光学系（４）は、前記光学系（４）の少なくとも１つの中心調整した状態についてのデータに基づいて中心調整される、請求項１０または１１に記載の方法。
13. センタリング・プロセスの後に、
    （ｉ）前記光学系（４）の変調伝達関数が、前記ＭＴＦ測定装置（１０）を用いて決定され、
    （ｉｉ）次いで光学素子の位置が変えられ、次いで前記光学系（４）の変調伝達関数が、前記ＭＴＦ測定装置（１０）を用いて再び決定され、
    前記（ｉ）のステップおよび前記（ｉｉ）のステップは、前記変調伝達関数が、極大値を呈するまで、反復して繰り返される、請求項１０から１２の一項に記載の方法。
    

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